（机械工程专业论文）基于组态软件和plc的srsf01监控系统的设计.pdf

基于组态软件和p l c 的s r s f o i 监控系统的设计中文摘要 基于组态软件和p l c 的s r s f 0 1 监控系统的设计 中文摘要 随着i t 时代的到来 计算机技术迅猛发展 为计算机控制的发展和应用奠定了 良好的基础 利用计算机对工业生产流程进行监视和控制在现代化社会中得到了广泛 应用 同时对工业生产运行的安全性和经济性也起着非常重要的作用 本研究以设计教学型柔性加工系统s r s f 0 1 计算机监控系统为目的 阐述了 s r s f 0 1 计算机监控系统的设计和实现过程 论文在介绍国内外组态软件发展和应用现状的基础上 通过对各种组态软件进行 比较 最终采用北京亚控科技有限公司的组态王6 5 作为s r s f 0 1 计算机监控系统的 组态软件 论文对s r s f 0 1 硬件系统的工艺流程和功能进行分析 初步设计了s r s f 0 1 计算机监控系统 监控系统设计了系统的监视与控制画面 使系统具备了对现场过程 数据的采集和动态监视功能 并能对异常信号进行报警等 监控系统基于w i n d o w s x p 操作系统 利用组态王6 5 的w e b 功能 实现了通过w e b 服务器系统完成了w e b 发布 完成后的计算机监控系统基本满足了项目的设计要求 通过测试证明 该计算机 监控系统结构设计合理 使用方便 便于系统的修改和维护 监控画面能够比较准确 及时地反映出设备的工作状况 实现了对真实设备实时监控 并能通过 i n t e r n e t i n t r a n e t 实施远程监控 将s r s f 0 1 计算机监控系统运用于日常教学后证 明 计算机监控系统让学习情境更接近于工业现场 有助于学生的学习 对相关课程 的教学工作也有一定的帮助 并能够提高教学水平和科研水平 关键词 可编程控制器 计算机监控系统 组态王6 5 组态软件 作者 葛晓忠 指导老师 詹葵华 英文摘要 基于组态软件和p l c 的s r s f 0 1 监控系统的设计 d e s i g no fs c a d as y s t e mo f s r s f 01b a s e do n c o n f i g u r a t i o n s o f t w a r ea n dp l c a b s t r a c t t h ea d v e n to f i te r aa n dt h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g yw e r ef o u n d e df i r m l yf o r t h ed e v e l o p m e n ta n dt h ea p p l i c a t i o no fc o m p u t e rc o n t r 0 1 i nt h em o d e ms o c i e t y t h es u r v e i l l a n c ea n d c o n t r o lu s i n gt h ec o m p u t e rf o rt h ei n d u s t r i a lp r o d u c t i o nf l o ww a so b t a i n e dt h ew i d e s p r e a da p p l i c a t i o n m e a n w h i l e i tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h es e c u r i t ya n dt h ee f f i c i e n c yo ft h ei n d u s t r i a lp r o d u c t i o n m o v e m e n t 1 1 1 i sp a p e ra i m e dt od e s i g ns r s f 01s c a d as y s t e mo f 同 si nt e a c h i n g s p e c i f i c a l l yt h ed e s i g n a n dt h er e a l i z a t i o np r o c e s sw a se l a b o r a t e d 砀ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e dd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o i l so ft h ec o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ea th o m e a n da b r o a d u p o nt l l 巩f i n a l l ya d o p t e dk i n g v i e w 6 5o fb e i j i n gw e l l i n c o n t r o lt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t c o l t da ss c a d as y s t e mo fs r s f 01c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ea f t e rc o m p a r i n gs e v e r a lc o n f i g u r a t i o n s o f t w a r e t 1 1 ep a p e ra n a l y z e dt h et e c h n i c a lf l o wa n df u n c t i o n so fs c a d as y s t e mo fs r s f 01a n d p r e l i m i n a r yd e s i g n e ds c a d as y s t e mo fs r s f 0 1 t h es y s t e md e s i g n e dt h ec o n f i g u r a t i o ns y s t e m s u r v e i l l a n c ea n dt h ec o n t r o lp i c t u r e w h i c he n a b l e dt h es y s t e mt oh a v ef u n c t i o n so fc o l l e c t i n gt h es c e n e p r o c e s sd a t aa n dd y n a m i cs u r v e i l l a n c e a n di t c a na l a r ma b n o r m a ls i g n a l s t h es y s t e mb a s e do n w i n d o w sx po p e r a t i n gs y s t e m a n du s i n gc o n f i g u r a t i o nk i n g v i e w 6 5w e bf u n c t i o n w h i c hh a di s s u e d i nc o n f i g u r a t i o nk i n g sw e bt h r o u g ht h ew e bs e r v e rs y s t e m se n g i n e e r i n g t h es c a d as y s t e mb a s i c a l l ym e e t st h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s t h et e s tp r o v e dt h a tt h es t r u c t u r eo f t h i ss c a d as y s t e mi sr e a s o n a b l ei nt h ed e s i g n i ti sc o n v e n i e n tt ou s e r e v i s ea n dm a i n t a i nt h es y s t e m t h em o n i t o r i n gp i c t u r ec a nb ea c c u r a t e p r o m p t l yr e f l e c t e dt h ew o r k i n gc o n d i t i o no ft h ee q u i p m e n ta n d r e a l i z e dt h er e a l t i m em o n i t o r i n gt oh a r d w a r e i tm a yr e a l i z et h el o n g d i s t a n c em o n i t o r i n gt h r o u g h i n t e m e t i n t r a n e t a p p l i e ds c a d as y s t e mo fs r s f 0 1i nt e a c h i n gp r o v e dt h a ts c a d as y s t e me n a b l e s t h el e a r n i n ge n v i r o n m e n tc l o s e rt ot h ei n d u s t r i a lf i e l d b e n e f i t st os t u d e n t sl e a r n i n g h e l p st h et e a c h i n gi n r e l a t e dc o u r s e s m e a n w h i l e i tc 锄i m p r o v et h el e v e lo f t e a c h i n ga n ds c i e n t i f i cr e s e a r c h k e yw o r d s p l c s c a d a s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n k i n g v i e w 6 5 c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e w r i t t e nb y g ex i a o z h o n g s u p e r v i s e db y z h a nk u i h u a 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明 所提交的学位论文是本人在导师的指导下 独立 进行研究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文 不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果 也不含为获得苏 州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料 对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人承担本 声明的法律责任 研究生签霜 薹塞薹斟期 i 生盆j 学位论文使用授权声明 苏州大学 中国科学技术信息研究所 国家图书馆 清华大学论 文合作部 中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论 文 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 除在保密期内的 保密论文外 允许论文被查阅和借阅 可以公布 包括刊登 论文的 全部或部分内容 论文的公布 包括刊登 授权苏州大学学位办办理 研究生签看聂邀日 导师签名 e t 孱祥 期 羔班 期 星q q 鱼 圣 基于组态软件和p l c 的s r s f 0 1 监控系统的设计第一章绪论 第一章绪论 计算机数据采集与监控系统 即s c a d a s u p e r v i s o r yc o n t r o l a n d d a t a a c q u i s i t i o n 系统 是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统 它可以对 现场的运行设备进行监视和控制 主要包括数据采集 监视控制 信息显示 信息存 储及报告 数据计算 事故追忆 事件顺序记录和报警控制等 广泛应用于工业自动 化控制系统n 1 现场智能设备如p l c 将现场信息通过通信网络传送至安装有组态监 控软件的计算机 监控计算机内部应用程序根据需要对现场信息进行处理 企业生产 管理层也可以根据需要与监控计算机进行信息沟通 组态监控软件不仅有监控和数据 采集功能 有组态 开发和开放功能 是伴随着计算机技术 d c s 和p l c 等工业控制 技术的突飞猛进而发展起来的 呈现出小型化 网络化 p c 化 开放式和低成本的 发展趋势 组态监控软件已经成为工业控制系统的桥梁和纽带 是自动化系统中不可 缺少的关键组成部分 组态监控系统也得到越来越广泛地应用 1 1s c a d a 系统的优点 计算机技术的迅速发展 特别是微型计算机技术的革命性进展 为计算机控制的 发展与应用奠定了坚实的基础 利用计算机对工业生产流程进行监视和控制在现代化 企业中得到广泛应用 对工业生产运行的安全性和经济性也起着非常重要的作用 现 代化工业的生产管理要求 现场的生产情况能够及时地再现于远离现场的决策人员和 管理人员面前 现场的实时数据能够提供给各级职能部门使用 形成图表 使生产控 制和现代化管理融为一体 确保安全 质优 经济地运行 计算机监控系统可以容易地将分散的 大面积的控制台式的监视变成集中的屏幕 监视 大大减轻工作人员的劳动强度 计算机监控系统与常规仪表监控系统相比有以 下一些优点m 1 1 计算机运算速度快 具有分时操作功能 所以一台计算机能代替大量的常 规仪表 2 计算机的监控方法比较灵活 第一章绪论 基于组态软件和p l c 的s r s f o i 监控系统的设计 3 计算机具有记忆和判断功能 所以在过程参数发生变化时 能及时地根据 各方面情况 显示综合分析的结果 对此常规仪表无能为力 4 计算机监控系统的显示终端可以实现多种参数的集中显示 同时还可以以 各种画面 相关图形显示 能够灵活地按照客户的要求设计各种趋势图表 这样为分 析问题和操作控制带来了很大的方便 由于计算机监控系统是以计算机为核心 结合多媒体技术 网络技术以及工业自 动化技术的监控网络系统 其明显的优点在于远距离的监控和实效性 远程监控系统 能获得现场信息 并发送到监控中心 通过计算机网络使其能够到达个人桌面p c 上 从而更容易与信息管理系统融合在一起 提高了管理水平和效率 近年来市场竞争的 需求 使得现代化企业要有现代化管理手段来降低成本 因此组态监控系统发展越来 越快 也相应地对组态监控系统提出了更高的要求 1 2 组态监控系统国内外发展及应用现状 1 2 1 发展及应用现状 由于企业的现场环境越来越复杂 要监控的目标更加多样 致使监控系统的结构 越来越分散化 传统的可编程序逻辑控制器p l c p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r 直接控制现场设备的方式已不能适应系统拓扑结构的分散化要求 仅依靠p l c 编程来 实现对设备的控制也不能再适应目前控制系统的要求 当前国内外工业监控系统多已 倾向于使用计算机监控系统 1 计算机技术 通信技术 网络技术 控制技术不断地更新 监控系统至今已经历 了五个发展阶段 并逐渐向开放型 智能化的方向发展 这五个阶段分别为 1 集中式监控系统 以单板机为控制装置 与上位机通过串口相连 所有模块集 中若干个机柜中 这种系统技术比较落后 不符合分布 开放趋势 2 基于模拟仪表的监控系统 以 集散式控制系统d e s d i s t r i b u t e dc o n t r o l s y s t e m 为理论基础 采用成熟的模拟仪表 以 传感器 变送器 控制器和执行 机 为系统模型构成 这类系统开放性不足 不利于系统维护和升级 3 基于智能仪表的监控系统 一般由监控主机 c p u 模块 i 0 模块 智能仪表 电执行机构等组成 4 基于现场总线的监控系统 现场总线控制系统f c s f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m 2 基于组态软件和p l c 的s r s f 0 1 监控系统的设计第一章绪论 用数字通信 计算机 自动控制 网络 智能仪表等先进技术 具有全分散 开放性 数字化 智能 双向 互联 多接点 多分支等特点阳1 5 基于计算机网络的监控系统 i 0 设备直接连到以太网或连到与以太网兼容 的i o 数据集中器上 保留以太网的物理层及数据链路层协议 传统的d c s 由于采用专用网络 专用的控制设备 专用软件 使得系统造价高 开放性不足 软件维护和升级不便 目前的监控系统以基于现场总线和基于工业以太 网为发展趋势 由于p l c 具有优良的向下分布式i o 能力 支持远程i o 以及现场总 线网络 以及向上高速连接能力 支持高速网络 因而越来越多的监控系统是基于 p c p l c 结构开发的口棚 s r s f 0 1 监控系统就是基于p c p l c 结构开发的 s r s f 0 1 监控系统控制单元的各 p l c 与相应的f x 2 n 4 8 5 b d 通信适配器 构成基于r s 4 8 5 的n n 网络通信系统 1 个主 站 最多7 个从站 p l c 直接与现场设备连接 主要完成对现场设备的控制以及相 关的模拟量和开关量的数据状态采集及传输功能 主站与从站之间通过r s 4 8 5 网络实 现通信 主站p l c 主要完成过程控制和数据通信任务 1 2 2 国内外组态监控软件性能比较 所谓组态就是利用工控软件中提供的工具和方法来完成工程中某一具体任务的 过程 这种软件就是组态软件 各种组态软件主要具备以下功能及特征 工业过程动 态可视化 数据采集和管理 过程监控与报警 生成报表 为其它企业级程序提供数 据 简单控制 批次处理 s p c 过程质量控制 并符合i e c 6 11 3 1 3 标准等嗍 组态软件作为一种应用软件 它的发展与计算机的兴起和普及是密切相关的 从 2 0 世纪8 0 年代运行在d o s 环境下的组态软件 到9 0 年代运行在w i n d o w s 系统下的 w o n d e r w a r e 公司的i n t o u c h 为代表的人机界面软件 再到后来西门子w i n c c 的成功 自动化监控软件产品 技术 市场取得了快速发展 而且应用领域也日益广泛 目前的监控软件有很多种 国外知名的组态监控软件有 i n t e l l u t i o n 公司的 i f i x g e 公司的c i m p li c i t y w o n d e r w a r e 公司的i n t o u c h 以及s i e m e n s 公司的w i n c c 澳大利亚c i t 公司的c i t e c h 等 国内的知名组态监控软件有 北京亚控公司的组态 王 北京昆仑通态的m c g s 及北京的力控 1 i n t o u c h 3 第一章绪论 基于组态软件和p l c 的s r s f o i 监控系统的设计 i n t o u c h 是由美国的w o n d e r w a r e 公司开发的组态软件 堪称组态软件的 鼻祖 开创组态软件的先河 i n t o u c h 软件图形功能比较丰富 使用较方便 但控制功能较弱 采用有限的内 部函数 其功能也只是常用监控的功能 复杂一点的功能如报表就只能借助于其它工 具 i n t o u c h 提供只看功能 它为监控人员提供实时观察连续的h m i 应用进程能力 使用只看功能 不能改变任何数据 所以系统安全得到增强 但不利于修改和维护 2 w i n c c w i n c c 由德国西门子公司推出 它是西门子控制系统中的人机界面软件 它提供 丰富选件和附加件 提供所有重要通信驱动 能与生产和公司管理层软件 m e s 和e r p 相连接 3 i f i x i n t e ll u t i o n 的i f i x 是一套实现现场数据采集 过程可视化及过程监控功能的 工业自动化软件解决方案n 叫 i f i x 可以精确地监视 控制生产过程 并优化生产设 备和企业资源管理 它能够对生产事件快速反应 减少原材料消耗 提高生产率 从 而加快产品对市场的反应速度 提高用户收益 4 m c g s m c g s m o n it o ra n dc o n t r o lg e n e r a t e ds y s t e m 是由北京昆仑通态 自动化软件公司开发的一套基于w i n d o w s 平台 用于快速构造和生成上位机监控系统 的组态软件系统 m c g s 能够完成现场数据采集 实时和历史数据处理 报警和安全 机制 流程控制 动画显示 趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能 5 力控 产品相对稳定 驱动比较完善 在很多环节的设计上 力控都能从 国内用户的角度出发 即注重实用性 又不失大软件的规范 另外 公司在产品的培 训 用户技术支持等方面投入了较大人力 相信在较短时间内 力控软件产品将在工 控软件界形成巨大的冲击 6 组态王k i n g v i e w 6 5 以下简称组态王 组态王是由北京亚控科技公司开 发 是一款国内最早 装机量最多的组态软件 组态王提供了资源管理器式的操作主 界面 并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持 组态王也提供多种硬件驱动程 序 组态王是一个具有易用性 开放性和集成能力的通用组态软件 应用组态王可以 使工程师把主要精力放在控制对象上 而不是形形色色的通讯协议 复杂的图形处理 4 基于组态软件和p i e 的s r s f 0 1 监控系统的设计第一章绪论 枯燥的数字统计 只需要进行填表式操作 即可生成适用的 监控和数据采集系统 它可以将整个生产企业内部的各种系统和应用集成在一起 实现 厂际自动化 的最 终目标 组态王还可以将各种参数集中送往远程监控中心计算机进行处理 以实现显 示 打印 储存报警 控制及绘制历史记录曲线等 省掉了大量的记录仪 数显表 既降低了投资成本 又可使采集的数据更直观 准确 可靠 3 基于组态王性价比高 网络通讯功能比较完善 完全能满足本监控系统设计的要 求 故本研究采用国产北京亚控科技公司的组态王6 5 作为s r s f 0 1 监控系统的组态 软件 1 3 课题的提出及主要研究内容 1 3 1 课题的提出 正因为监控系统在当今自动化生产线上具有重要地位 所以高等职业技术教育需 要在技能教学过程中加入组态监控技术的内容 本课题结合s r s f 0 1 系统流水线模型 开发了s r s f 0 1 计算机监控系统 完成一套完整的集机 电 气 组态 现场通讯等 技术一体的加工系统 s r s f 0 1 教学型柔性加工系统 简称s r s f 0 1 系统 是苏州工业职业技术学院与 瑞思机电公司共同开发的基于实际工业自动化生产流水线的微缩模型 s r s f 0 1 系统 可以实现生产线的搬运 加工 安装 检测 分类入库等环节的动作 具有模块化 综合性 易扩充等特点 学生通过学习s r s f 0 1 系统 进行p l c 编程 对提高学生的 学习兴趣和加强学生动手能力 以及进行专业教学的研究和教学系统的再开发 都有 重大的实际意义 但在长期对学生授课的过程中 通过对s r s f 0 1 系统的研究发现 s r s f 0 1 系统 也存在一些不足之处 如系统没有有效的监控系统 故障诊断及报警功能 远程监控 等 学生学习存在一定困难 针对上述问题 结合当前工业自动化技术的发展 为使教学设备更加贴近现代化 工业生产的环境 故本人与瑞思机电有限公司的工程师共同对s r s f 0 1 系统的监控系 统进行了开发和研究 设计了一个良好监控界面的组态系统 为学习p l c 组态 气 动 传感器等技术的学生提供了一个可操作的 类似真实工业环境的操作平台 促使 学生能全面认识工业现场设备的组织形式和控制方式 掌握引导制造业走向辉煌的先 5 第一章绪论基于组态软件和p l c 的s r s f 0 1 监控系统的设计 进运动控制技术 并为企业培养了优秀的高素质应用型人才 也使在校学生通过实际 的监控系统 深入认识和理解柔性加工系统的相关理论和技术 满足教学 科研等不 同层次应用的需要 1 3 2 课题的主要研究内容 本文是在现有硬件设备s r s f 0 1 系统的基础上 构建一个安全的计算机监控系 统 对监控系统的整体功能设计 软件开发与工程实施进行研究 完成系统的总体设 计 系统硬件和软件配置设计 系统安装和现场调试全过程的研究工作 主要研究内 容及解决问题如下 1 初步构建监控系统的总体结构 研究系统的硬件结构 完成与下位机的通 信 并完成多台p l c 之间的通信任务 2 制作监控系统的各监控界面 使界面更加符合操作习惯 实现提供操作者 与系统实时运行状态之间的友好界面 并初步建立数据库 通过监控画面 操作者可 以直观地了解各种传感器采集的数据信息 报警信息和各种设备状态信号 这样可以 让操作者方便地对整个系统进行监控 3 正确组织后台命令程序以实现具体安全控制监测功能 这一部分是整个监 控软件程序的核心 它不仅负责功能界面的显示工作 而且实现各画面 各图形对象 与设备之间的逻辑联系 如果出现异常情况 则由邮箱和手机短信提出报警 它还通 过串口接收p l c 控制站所传送的传感器数据和各种状态信号 并将各种控制数据下 传 使p l c 控制站在不同站下进行不同的操作 4 完成上位机和下位机之间的通讯 完成上位机和下位机p l c 之间的通讯 实现数据在两者之间的相互传送 在此基础上完成下位机将采集的数据传送给上位机 以及上位机对下位机的控制功能 5 实现系统的远程监控功能 利用现有的计算机资源 在计算机上通过组态 软件的工作界面和功能来进行远程p l c 的监控 可以利用它达到p l c 设备与现场设备 通信的实践教学效果 6 教学过程中运用组态王软件使得课堂学习情境更接近于工业现场 使学生 通过学习s r s f 0 1 计算机监控系统后 掌握工控组态技术 组态技术相关课程尚未在高等职业教育的教学过程中普遍开设 苏州工业职业技 6 基于组态软件和p l c 的s r 一f 0 1 监控系统的设计第一章绪论 术学院机电系的学生通过学习组态技术后 更容易理解工控现场的相关条件和要求 1 4 小结 本章节首先阐述了计算机监控系统运行速度快等优点 其次对计算机监控系统的 国内外发展现状进行了分析和比较 最后给出了本课题的主要研究内容 7 第二章s r s f 0 1 景统硬件结构参翦设计基于组杏软件和p l c 的s k s f o i 监控幕兢的设计 第二章s r s f 0 1 系统硬件结构参数设计 s r s f o i 系统从物理结构上可以分为三层 最底层是现场控制单元 即p l c 其 上层是上位计算机监控系统 最上层是远程监控层 其中 现场控制单元各p l c 与相 应的f x 2 n 4 8 5 b d 通信适配器 构成基于r s 4 8 5 的n n 网络通信系统 1 个主站 最多 7 个从站 p l c 直接与现场设备连接 主要完成对现场设备的控制以及相关的模拟量 和开关量的数据状态采集及传输 主站与从站之 自j 通过r s 4 8 5 网络实现通信 主站 p l c 主要完成过程控制和数据通信任务 s r s f 0 1 系统的总体结构如图2 i 所示 图2 l 系统总体结构图 p l c 是整个控制系统中最关键的部分 对其可靠性 抗干扰性以及对恶劣环境的 适应性均有较高的要求 s r s f o i 系统采用三菱公司的f x 2 n 一4 8 m r 型p l c 作为控制单 元 f x 2 n 系列p l c 具有体积小 运行指令速度快 0 0 8 u s 基本指令 内置8 k 步有 备用电池的r m 具有p i d 运算指令 可靠性高 是f x 系列中性能最高的 并且拥 基于组态软件和p l c 的s r s f 0 1 监控系统的设计 第二章s r s f 0 1 系统硬件结构参数设计 有模拟量控制 系统通讯的各种特殊用途组件 是一套可以满足s r s f 0 1 系统多样化 需求的p l c n 2 1 2 1s r s f 0 1 系统的功能分析及组成 2 1 1s r s f 0 1 系统的工艺流程 s r s f 0 1 系统是基于实际工业自动化生产流水线的教学模型 该硬件系统由独立 的六个工作站相互连接而成 分别是自动传输站 立体仓库站 三坐标测量站 c n c 加工站 安装搬运站和拆卸分检站 设备每一站工作的主控制件是三菱的f x 2 n 4 8 m r 型p l c 这六个站连接成生产线后可完成工件类别的上料检测 搬运 加工 安装和 仓储 各工件在生产线上从一站到另一站的物流加工的工艺流程图如图2 2 所示 陌剥 瓯园 h g v 小车自动传输单元 j 拆卸分检单元暂存搬运单元 图2 2s r s f 0 1 系统生产工艺流程图 s r s f 0 1 系统完成初始化后 各站处于初始状态 系统接收到命令后 自动传输 站从仓库中取出毛坯送至测量站进行测量 并通过网络将测量数据传递给加工站 加 工站收到信息后 由机器人将毛坯放至c n c 加工站工作台自动夹紧 并根据c n c 编制 的程序进行加工 等零件加工完毕后 再由机器人将零件放至安装站进行自动装配 待零件装配完毕后 再由自动传输站放回至仓库 若需要对安装好的零件进行拆卸 只需要发送指令 自动传输站即从仓库中将已安装好的零件送至拆卸分捡站进行拆 卸 拆卸完后自动送回至仓库 2 1 2s r s f 0 1 系统的组成 s r s f 0 1 系统是一套包含工业自动化系统中不同程度复杂控制过程的自动化技 9 第二章s r s f 0 1 系统硬件结构参数设计基于组态软件和p l c 的s r s f o i 监控系统的设计 术系统 集成了现场通讯技术以及以太网通讯技术 运用气动 可编程控制器 传感 器 电机驱动等多种控制技术 它涵盖了自动控制 人工智能 传感器技术 计算机 网络技术 机器人等多项先进学科的内容 是一套开放式的实验系统 s r s f 0 1 系统 的每个单元均根据设定的任务 选择相应功能和技术参数的气动元件 传感器 电器 元件及标准型材集合而成 它代表了现代化企业产品开发 采购和集成 的先进设计 理念 1 副 s r s f 0 1 系统可以实现在小型化模块中模拟生产加工的各种单独功能或组装加 工功能 随着生产技术的不断发展和工业自动化技术的不断提高 柔性加工系统 f m s 从功能到技术也获得了很大的发展 s r s f 0 1 系统和工业现场紧密结合 采用工业中 的实际工作元件 以基础知识为起点 从气动和p l c 等技术逐步扩展到复杂的自动化 技术和工业自动化技术领域 具有很强的实用性 开放性和扩展性n 们 要想对工业现场的设备及技术进行改进和创新 如果是通过直接对实际的工业设 备进行操作和反复的实验来达到目的是不现实的 机械 电气及自动化的专业人员可 将工业现场的实际技术和创新思想运用到s r s f 0 1 系统中 并进行不断的调试和实 验 确定可行性后再将技术转化到实际的工业现场中 可以实现过程的优化 降低成 本 减少停机时间 通过这一过程 专业技术人员可以掌握自动化系统的构成及各种 构成自动化生产线的基础元件的功能及原理 充分发挥创新能力 在工业生产中 专 业技术人员需要掌握越来越多有关控制器的基础知识及使用方法 系统模拟 可视化 监控 总线系统及网络技术的知识 s r s f 0 1 系统为项目的确认 课题的验证及新技 术的开发提供了良好的实践及运行平台 本论文研究的硬件设备s r s f 0 1 系统是由苏州工业职业技术学院与瑞思机电有限 公司联合开发的 它包含了六个工作站 自动传输站 立体仓库站 三坐标测量站 c n c 加工站 安装搬运站和拆卸分检站 它为气动 传感器 机器人 可编程逻辑 控制器 p l c 总线及网络技术等应用提供了技术平台 s r s f 0 1 教学型柔性加工系 统如图2 3 所示 1 0 基于组吝戟件和吡的s 瞄一f 0 1 监控系缱的设计第二章蛐s f 0 l 系统硬件结构参教设计 圈2 3s r s f 0 1 教学型柔性加工系统 2 1 3s r s f 0 1 系统的工作站介绍 s r s f o i 教学型柔性加工系统的六个工作站按自动传输站 立体仓库站 三坐标 测量站 c n c 加工站 安装搬运站 拆卸分检站顺序排布 可以实现零件的运送 检 测 加工 组装及分检等工作 1 自动传输站 自动传输站主要作用是沟通 协调系统各站之间的正常运行 是整条生产线的传递 枢纽 主要负责毛坯和零件在各站之间的传送 自动传输站主要包括一个四自由度旋转 机器手 一个气动夹爪 一个步进电机 一个伺服电机及 个暂存工位 它可以将仓库 中的毛坯运送至其它各个工作站 并将加工组装完的成品送回仓库 如图2 4 所示 图2 4 自动传输站图2 5立体仓库站 第 i ts 翳一f o l 幕统硬件结构参散设计 基于组寿软件和p l c 的s p s f o i 监控系统的设计 2 立体仓库站 立体仓库置于直线导轨的一端 为4 层5 列2 0 个仓储工位的结构形式 立体仓 库站主要作用是由传感器检测工件 按设定的仓位分类存储毛坯和成品 主要包括 2 0 个仓储工位和一个三轴立体存储机构 x 和y 轴由步进电机驱动 z 轴由气动元件 驱动 如图2 5 所示 3 三坐标测量站 三坐标测量站主要作用是用于检测毛坯尺寸 并将测量得到的尺寸传送至c n c 加工站 它主要包括 一个三坐标测量机构 工件测量平台 极限传感器 工件夹具 和带过载保护功能的机械测量探头 如图2 6 所示 图2 6三坐标测量站 图2 7c n c 加工站 4 c n c 加工站 c n c 加工站主要作用是由f a n u c 数控系统通过c n c 编程进行数控加工制造 主要 包括 f a n u c 数控系统 三轴滚珠丝杠传动和工件自动夹紧机构 在加工单元 工件 将在自动夹 翳机构上完成数控加工 x y z 三轴由交流伺服电机驱动 旋转主轴由 施奈德变频器控制 如图2 7 所示 5 安装搬运站 安装搬运站主要作用是完成工件安装与暂存的工序 主要包括 一个工件暂存工 位 一套工件压装装置 一个六自由度工业机器人 安川m o t o m a n 机械手 通过配备 不同的气动抓手可以抓起不同类型的加工工件 机械手可将加工站加工完的成品运 送至安装站进行安装并暂存 如图2 8 所示 机械手置于直线导轨的另一端 可将工 件由暂存站送到数控机床 并将加工好的零件从数控机床传送至安装站 基于组态软件自p i c 的s r s f 0 1 监控系缝的设计第 章s r s f 0 1 系统硬件结构参翦设计 图2 8安装搬运站图2 9拆卸分检站 6 拆卸分捡站 拆卸分捡站主要作用是拆卸已经加工完成的工件并对小工件进行分类 大工件由 自动传输站运送至仓库 小工件在分捡站进行分类 它主要包括 工件拆卸装置 工 作传输装置和小工件分类装置 如图2 9 所示 214 各个工作站输入输出地址表 s r s f o i 系统各个工作站的输入输出点地址见下列各表 袭2 1 自动传糖站t o 地址表 p l c 输 传感器p l c 输出电磁换向阀与继电器 x 0 b i 小车臂原点位 y o 小车臂脉冲 b 2 小车停l y i 小车脉冲 b 3 小车停2 y 2小车臂方向 x 3 b 4 小车停3 y 3小车方向 x 6 急停状态开关小车臂伺服o n i b i 小车夹爪开位 y 1 0 i y i 夹爪开 l b 2 小车夹爪闭位i y 2 夹抓闭 x 1 2 2 b i 小车臂回位2 y i 小车臂回 x 1 3 2 8 2 小车臂出位 y 1 3 2 y 2 小车臂出 x 1 4光电传癌器3 b i 小车臂升位y 1 4 3 y i 小车臂降 x 1 5 光电传感器3 1 3 2 小车臂降位 第二章s r s f 0 1 系统硬件结构参数设计基于组态软件和p l c 的s r s f 0 1 监控系统的设计 表2 2 立体仓库站i 0 地址表 p l c 输入传感器 行程开关p l c 输出电磁换向阀与继电器 x 0 o b l 0 光电传感器 y 4 1 y 1 方大工件缸缩回 x 1 o b 9 光电传感器 y 5 1 y 2 放大工件缸伸出 x 2 o b 8 光电传感器 y 7 行程开关急停 x 3 o b 7 光电传感器 x 4 o b 6 光电传感器 x 5 o b 5 光电传感器 x 6 o b 4 光电传感器 x 7 o b 3 光电传感器 x l o o b 2 光电传感器 x 1 1 o b l 光电传感器 x 1 2 b 1 左行程开关 x 1 3 b 2 右行程开关 x 1 4 b 3 下行程开关 x 1 5 b 4 上行程开关 x 1 6 1 8 1 放大工件缸缩回位 x 1 7 1 8 2 方大工件缸伸出位 表2 3 三坐标测量站地址i 0 表 p l c 输入传感器 行程开关p l c 输出电磁换向阀与继电器 x 0 1 8 1 放大工件缸缩回点 y 0 1 y 1 夹紧 x 1 1 8 2 放大工件缸伸出点 y 1 1 y 2 放松 x 22 8 2 夹紧点 y 2 2 y 1 放大工件缸缩回 x 3 2 b i 放松点 表2 4c n c 加工站i 0 地址表 p l c 输入传感器 行程开关p l c 输出电磁换向阀与继电器 x 0 c n c 程序运行完成信号 y 0 外部启动信号 x 1 0 1 8 1 前门气缸缩回位置y 1 0 1 y 1 前门缩回 x 1 1 1 8 2 前门气缸伸出位置 y 1 l 1 y 2 前门伸出 x 1 2 2 8 1 夹爪松开位置 y 1 2 2 y 1 夹爪松开 x 1 3 2 8 2 夹爪夹紧位置 y 1 3 2 y 2 夹爪夹紧 1 4 基于组态软件和p l c 的s r s f 0 1 监控系统的设计第二章s r s f 0 1 系统硬件结构参数设计 表2 5 安装搬运站加工站i 0 地址表 p l c 输入传感器 行程开关p l c 输出电磁换向阀与继电器 x o 1 8 1 放大工件缸缩回位 y o 1 y 1 放大工件缸缩回 x l 1 8 2 放大工件缸伸出位 y l 1 y 2 放大工件缸伸出 x 2 2 8 1 放小工件缸缩回位 y 2 2 y 1 放小工件缸缩回 x 3 2 8 2 放小工件缸伸出位 y 3 2 y 2 放小工件缸伸出 x 4 3 8 1 安装缸上升位 y 4 3 y 1 安装缸向下伸出 x 5 3 8 2 安装缸下降位 y 1 0 机器人动作1 x 1 0 机器人动作完成信号 y 1 1 机器人动作2 x 1 1 机器人运转中 y 1 2 机器人动作3 x 1 2 伺服接通 y 1 3 机器人动作4 x 1 3 主程序首条 y 1 4 机器人动作5 x 1 4 发生报警 错误 y 1 5 机器人动作6 x 1 5 选择远程模式 y 1 6 机器人动作7 y 1 7 清除报警储误 表2 6 拆卸分捡站i o 地址表 p l c 输入传感器 行程开关p l c 输出电磁换向阀与继电器 x o i b i 放大工件缸缩回位 y o 1 y i 放大工件缸伸出 x 1 1 8 2 放大工件缸伸出位 y l 1 y 2 放大工件缸缩回 x 2 2 8 1 拆卸缸上升位 y 2 2 y 1 拆卸缸向下伸出 x 3 2 8 2 拆卸缸下降位 y 4 3 y 1 挡缸伸出 x 4 3 8 1 挡缸缩回位 y 5 3 y 2 挡缸缩回 x 5 3 8 2 挡缸伸出位 y 1 0 4 y 1 伸出缸伸出 x 6 光电传感器b 1 分辨颜色 y 1 1 4 y 2 伸出缸缩回 x l o 4 b i 伸出缸缩回位 y 1 2 5 y 1 下降缸向下伸 x l l 4 8 2 伸出缸伸出位 y 1 4 6 y 1 夹爪缸爪开 x 1 2 5 8 1 下降缸上升位 y 1 5 6 y 2 夹爪缸爪关 x 1 3 5 8 2 下降缸下降位 y 1 6 继电器k i 电机 x 1 4 6 b i 夹爪缸张开位 x 1 6 光电传感器b 2 1 5 第二章s r s f 0 1 系统硬件结构参数设计基于组态软件和p l c 的s r s f 0 1 监控系统的设计 表2 7 各站控制面板i o 地址表 p l c 输入传感器p l c 输出电磁换向阀与继电器 x 2 0 开始按钮y 2 0开始灯 x 2 l 复位按钮 y 2 1 复位灯 x 2 2 单 联按钮 y 2 3 停止灯 x 2 3 停止按钮 y 2 6 软上电 x 2 6 上电 y 2 7 软急停 2 2 三菱p l c 的n n 网络 s r s f 0 1 系统采用的是三菱f x 2 n 系列的p l c p l c 控制系统已经从单机自动化向 多机网络自动化过渡 这就要求各个p l e 之间以及p l c 与计算机或其他控制设备之间 能迅速 准确 及时地互通信息 以便能步调一致地进行控制和管理 p l c 的网络化 及上位计算机对p l c 网络的监控和管理在工业控制领域得到了越来越广泛的应用 研 究三菱f x 2 n 系列p l cn n 网络的构成方法 以及上位计算机利用组态软件实现对p l c n n 网络实时监控 有着很大的实用价值n 5 1 2 2 1 可编程控制器 p l c 1 p l c 的组成 可编程逻辑控制器 p l c 是一种在继电器基础上发展起来的数字运算操作的电 子系统 专为在工业环境下应用而设计 它采用了可编程序存储器 有内部存储程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数等面向用户的指令 并通过数字量或模拟量输 入 输出 用来监测 控制各种类型的生产过程 具有很高的抗干扰性和可靠性 p l c 及其有关外部设备 都按易于与工业控制系统联成一个整体 易于扩充其功能的原则 设计 p l c 主要由中央处器单元 c p u 存储器 r a m r o m 输入 输出单元 i o 单 元 通信接口 电源和编程器几大部分组成 如图2 1 0 所示 其中 c p u 是p l c 的 核心 输入单元与输出单元是连接现场输入 输出设备与c p u 之间的接口电路 通信 接口用于与编程器 上位计算机等外设连接 1 6 基于组态软件和p l c 的s r s f 0 1 监控系统的设计第二章s r s f 0 1 系统硬件结构参数设计 开关或传感器 继电器触点 亍程开关 模拟量输入 输 入 模 块 电源 主 机 编程器 输 出 模 块